通原实验4-数字调制PSK实验.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,厚德博学 追求卓越,通信原理实验,数字调制与解调系统实验,数字调制与解调技术的重点是,:,数字基带信号与数字频带信号之间的转换,实验的目的是掌握实现这种转换的技术。目前数字调制采用最多的方法是键控法,它是用数字基带信号控制高频载波的可控参数。实际工程中常应用的数字调制方式有,:ASK,、,FSK,与,PSK,。,(2),移相键控,PSK,调制与解调,载波信号是各种调制所必须的传送载体,基带信号是各数字通信系统传输的对象,移相键控,PSK,在数字通信系统中是一种重要的调制方式，其抗噪性能和信道频带利用率均优于,ASK,和,FSK,，,即使在有衰落的信道中也能获得很好的效果。,因而在实际的高速数据传输系统中得到广泛的应用，,通过此实验：,1.,掌握,2PSK,和,2DPSK,调制与解调电路的组及成工作原理。,2,.,了解,“,0,”,相和,“,”,相载频信号的产生方法，掌握二进,制绝对码与相对码的变换方法。,3.,掌握,2PSK,和,2DPSK,调制器与解调器的测试技能。,一、,实验目的,5.2DPSK,调制与解调信号的测量,1.2PSK,信号同相与反相载波的产生与测量,2.,数字基带信号的产生与测量,4.2PSK,调制与解调信号的测量,3.,绝对码（,a,n,),与相对码,(,b,n,),信号测量,二、实验内容,6.2PSK/2DPSK,调制信号的频谱（功率谱）测量,数字相位调制又称移相键控，简记,PSK,二进制移相键控记作,2PSK,。它是利用载波相位的变化来传送数字信息的。,通常有两种类型：,1.,数字移相键控,PSK,调制的基本原理,(1),绝对相移,(2PSK,或,BPSK,),(2),相对相移,(,差分相移,/2DPSK,或,DBPSK,),三、实验应知知识,1.1,绝对移相键控,2PSK,调制电路与基本原理,绝对相移定义：,以载波的不同相位的绝对值,来直接传送相应二进制数字信号的一种调制方式，简称,2PSK,。通常用已调载波的,“,0,”,相和,“,”,相，分别表示二进制数字的,“,1,”,和,“,0,”,。,1001110,绝对码,2,PSK,载 波0相位,这种用载波不同相位的绝对值直接去表示相应数字信息的相位键控，常称为,绝对移相,。,在绝对移相键控系统中,：信息代码与,2PSK,已调载波相位变化的规律是,“,异变同不变,”,，即,本码元与前一码元相异时，本码元内,2PSK,信号的初相相对于前一码元内,2PSK,信号的相位变化,180,，,相同时则不变,。,2PSK,信号的产生，在工程上可以采用模拟调制与键控的两种方法实现。,双极性 不归零,1.2PSK,模拟调制,1,.,2 2PSK,信号的产生过程,1001110,绝对码,载波,双极性 不归零,调制器用模拟器件承担,1001110,2.2PSK,键控调制,1.2 2PSK,信号的产生过程,载波,反相,2PSK,键控调制系统电路原理框图如图所示：,调制器用电子开关承担。,载波,反相,工作原理,1001110,2,PSK,功率谱特性,2,PSK,信号与2,ASK,信号的数学表达式一样，即：,只是,a,n,的取值不同。,因此，参照2,ASK,功率谱可得到2,PSK,信号功率谱也只是基带数字信号频谱的线性搬移。,2,PSK,信号频谱,鉴相器,1.3 2PSK,信号的解调,判决,LPF,BPF,定时脉冲,数据输出,本地载波,绝对移相方式在调制时，是以某一载波相位作为基准的。因此解调时，在接收端也必须恢复一个与调制端同样的固定基准相位载波作为参考，,即需要采用相干解调。,1001110,发送数据,2,PSK,参考载波,相乘输出,低通输出,1001110,判决输出,一旦接收端参考相位发生变化，则恢复出的数字信息将会出现0和1的反转，从而导致接收端错误接收。,相乘输出,1001110,发送数据,2,PSK,0110001,判决输出,载波,低通输出,这种现象通常称为2,PSK,的,“,倒,”,现象,或,“,反向工作,”,现象,。,2PSK调制在理论分析时虽然成立。但在实际工程中，如若因接收端遇到突发干扰（温度漂移或噪声干扰等）。就会使接收端的基准参考相位发生随机的跳变，则产生倒,“,”,现象，,发生,绝对的错误，对系统的误码性能，影响很大，使通信质量很差，故在实际工程中，基本不使用。,二进制差分相移键控常简称为二相相对调相，记作,2DPSK,。,它不是利用载波相位的绝对值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。,相对载波相位是指本码元初相与前一码元初相之差。,假设相对载波相位值用相位偏移 表示,规定数字信息序列与 之间的关系为,1.4,相对（差分）移相键控2,DPSK,=,D,0,数字信息,“,0,”,数字信息,“,1,”,p,2,DPSK,2,PSK,载波,0相位,0,1001110,绝对码,2DPSK,的规律是,“,1,变,0,不变,”,，即信息代码（绝对码）为,“,1,”,时，本码元内,2DPSK,信号的初相相对于前一码元内,2DPSK,信号的末相变化,180,，信息代码为,“,0,”,时，则本码元内,2DPSK,信号的初相相对于前一码元内,2DPSK,信号的末相不变化。,绝对码,/,相对码变换,若绝对码记为,a,K,，相对码记为,b,K,，,绝对码一相对码之间的关系为,:,根据上述关系，绝对码与相对码（差分码）可以相互转换。,把绝对码变成相对码的差分编码方法：绝对码,a,n,中，1变0不变。,绝对码,1 1 1 0 1 0 0,相对码,1,0,1,1,0,0 0,0,1,0,0 1,1,1,用,D,触发器作为码元延迟器。由于异或门为组合逻辑器件，其输出信号可能出现冒险现象，为了克服冒险现象，在后面增加一个,D,触发器则可保证正确的绝相变换信号输出。,相对码,1,0,1,1,0,0 0,0,1,0,1,1,0,0,1 1 1 0 1 0 0,绝对码,延时,1.5,相对移相信号的产生原理,首先对数字基带信号进行差分编码即由绝对码变为相对码，然后用相对码对载波进行绝对调相，即可实现,2DPSK,信号的产生。,2,DPSK,1001110,绝对码,0001011,相对码,载 波0相位,0,1.6,相对移相,2DPSK,信号的工程实现,模拟调制与键控调制法。,1.2DPSK,模拟调制,双极性 不归零码,差分 码变换,双极性 差分码,(,),t,S,DPSK,2,构成,2DPSK,模拟调制系统的基本单元电路有：,调制器,1001110,绝对码,相对码,0001011,载波,(,),t,S,DPSK,2,1.6,相对移相,2DPSK,信号的工程实现,2.2DPSK,键控调制,构成,2DPSK,键控调制系统的基本单元电路有：,振荡器,反相器,调制器,差分,编码器,1001110,绝对码,相对码,0001011,(,),t,S,DPSK,2,0,相载波,相载波,2PSK,或,2DPSK,信号，就波形而言，都可等效成双极性基带信号作用下的调幅信号，是一对倒相的序列。因此，,2DPSK,和,2PSK,信号具有相同的表达式：,1.7 2DPSK,信号的功率谱特性与带宽,不同的是,2PSK,表达式中的,s(t),是数字基带信号，,2DPSK,表达式中的,s(t),是由数字基带信号变换而来的差分码数字信号。,1,、,2DPSK,与,2PSK,信号有相同的功率谱,2,、,2DPSK,与,2PSK,信号带宽相同，是基带信号带宽,Bs,的两倍，即,3,、,2DPSK,与,2PSK,信号频带利用率也相同，为,1,.,8,2,DPSK,信号解调,差分相干解调和相干解调,-,码变换法，后者又称为极性比较码变换法。,直接比较前后码元的相位差，故也称为相位比较法解调，其原理框图如图所示。,1,、差分相干解调法电路,判决,LPF,BPF,定时脉冲,延迟,T,S,数据输出,这种方法不需要码变换器，也不需要专门的相干载波发生器，因此设备比较简单、实用。图中,Ts,延时电路的输出起着参考载波的作用。乘法器起着相位比较（鉴相）的作用。,A,.电路组成,鉴相器,以数字序列,=1011001,为例,1,.,8,2,DPSK,信号解调,B,.差分相干解调法工作原理,发送数据,1011001,2,DPSK,延迟,鉴相输出,定时脉冲,样值,x,判决输出,规则：正,-,”,0,“,；负,-,“,1,”,1011001,1,.,8,2,DPSK,信号解调,2,、相干解调,-,码变换法电路组成与工作原理,A.电路组成,判决,BPF,码(反,),变换,此法即是,2PSK,解调加差分译码。,LPF,鉴相器,载波提取电路,位同步提取电路,Ts,此电路与差分解调电路相比，解调时需要码变换器和相干载波提取电路。故设备比较复杂；且抗噪声性能差,；,系统误码率增加，通常认为增加一倍；所以,DPSK,解调大多采用差分相干接收。,1,.,8,2,DPSK,信号解调,B.相干解调,-,码变换法电路工作原理,以数字序列,=101001,为例,0,101001,发送数据,2,DPSK,载波,相乘输出,低通输出,判决输出,1001110,差分输出,101,001,由以上分析可知，,2DPSK,与,2PSK,的波形不同，他们的同一相位并不对应相同的数字信息符号，而前后码元的相对相位差才表示信息符号。这说明，解调,2DPSK,信号是并不依赖于某一固定的载波相位参考值，只要前后码元的相对相位关系不破坏，则只要鉴别这个相差关系就可正确恢复数字信息,。,这就避免了,2PSK,中的倒,现象发生，为此得到了广泛的工程应用,。,0,实验应知知识介绍完毕,实 验 开 始,谢谢,!,实验现场操作规程,a,、注意安全操作规程，确保人身安全,5.1,注意人身安全和仪器设备的安全,为了防止器件损坏，在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。,调换仪器时应切断实验台的电源。,逐步养成用右手进行单手操作的习惯。,b,、爱护仪器设备,仪器在使用过程中，不必经常开关电源。,切忌,无目的地拨弄仪器面板上的开关和按钮。,仪器设备出现问题，请向老师寻求帮助，,请勿,随便调换配件。,注意仪表允许安全电压（或电流），切勿超过！,当被测量的大小无法估计时，应从仪表的最大量程开始测试，然后逐渐减小量程。,实验用数字调制与解调电路模块的基本组成：,四、实验内容与步骤,PSK,调制解调单元模块电路,数字方波信号产生模块,电,源,M,序列产生模块,波形变换、反相及幅度调节模块（,0,相,/,相载波）,调制器,电压,比较,乘法器,相对码转,绝对码模块,绝对码转,相对码模块,同,步,载,波,提,取,模,块,锁相环,平方律部件,二分频,输入已调信号,2PSK/,2DPSK,滤波输出,环路,滤波器,压控,振荡器,鉴相器,直接法,平方环法提取,同步,载波,MC1496,74HC4046,74HC74,由于提取载波的,过程,中用了一个二分频电路，故提取出的载波存在,180,的相位模糊问题。,抑制载波的双边带信号为,LC,选频回路,LC,选频回路,实验用,2PSK,调制与解调电路的基本模块连接,调制采用的是键控法；解调采用的是相干解调。,128KHz,方波,NRZ,信号,8KHz,时钟,调制连接,解调连接,S2,短接左,S3,短接中,2PSK,信号,8KHz,同步时钟,S4,短接下,S6,短接上,同步载,波信号,实验用,2DPSK,调制与解调电路的基本模块连接,调制采用的是键控法；解调采用的是相干解调,-,码变换法。,128KHz,方波,NRZ,信号,8KHz,时钟,调制连接,解调连接,S2,短接左,2PSK,信号,S3,短接中,8KHz,同步时钟,S4,短接下,S6,短接上,同步载,波信号,相对码信号,相对码信号,请参考,通信原理,课程所学,2PSK,调制系统电路组成，根据提供的,“,数字调制解调与载波同步模块,”,，自己构建并画出用键控方式实现,2PSK,调制系统的实验电路框图。,基本条件：载波频率,128K,Hz；传输速率,8KH,z。,四、实验内容与步骤,项目,1,：,2PSK,信号产生与测量,128K,正弦波,反相器,调制器,2PSK,调制,128K,方波,8K,CP,波形变换,M,序列,0,相载波,相载波,(2PSK),MOD-OUT,(,绝对码,),四、实验内容与步骤,1.2PSK,信号产生与测量,示波器,CH1,测试数据观察与记录,:,0,相、,相载波信号测量：记录信号参数与波形。,示波器,CH2,数字基带信号测量：记录信号参数与波形。（,M=7,）,示波器,CH1,2PSK,信号测量：记录信号波形。,示波器,CH2,调节电位器,W1,、,W2,，使输出载波幅度相等，均为,22.5Vp-p,。,说明：,什么是,2PSK,？,实验准备,S2=,左,/S3=,中,连接实验电路电源,连接,SQ128KHzSQ1-IN,连接,SQ8KHzCLK-IN,连接,NRZ-OUTNRZ-IN,示波器,CH2,四、实验内容与步骤,2.,基带信号与,2PSK,信号的功率谱测量,实验准备,:,保持前步骤电路的连接状态不变,测试数据观察与记录,基带信号频谱测量：记录信号参数与波形。,2PSK,信号频谱测量：记录信号参数与波形。,根据实验测量数据，说明实验用,2PSK,系统,的带宽为多少？,方法：MATH MENU FFT 信源CH1 秒格旋钮12.5KHz,CURSOR光标 类型频率,方法：MATH MENU FFT 信源CH2 FFT缩放X2,秒格旋钮12.5KHz,CURSOR光标 类型频率,示波器,CH1,示波器,CH2,四、实验内容与步骤,项目,2,：,2PSK,调制信号的解调测量,请参考,通信原理,课程所学,2PSK,相干解调系统电路组成，根据提供的,“,数字调制解调与载波同步模块,”,，自己构建并画出实现对,2PSK,信号解调的实验电路框图。,鉴相器,比较,LPF,解调输出,DEM-OUT,Ts,同步载,波提取,判决,3.2PSK,调制信号的解调测量,四、实验内容与步骤,测试数据观察与记录,:,相乘器输出信号测量,:,记录,MUL,信号波形。,低通滤波信号测量,:,记录,A/P-LPF,信号波形。,电压比较器输出信号测量,:,记录,CMP,信号波形。,抽样判决输出信号测量,:,记录,DEM-OUT,信号波形,与时延。,思,:,什么情况下解调输出的,NRZ,码元与原信号刚好相反？,实验准备,:,S4=,下,/S6=,上,连接,MOD-OUT2PSK/,DPSK-IN,CAR-OUT CAR-IN,SQ8KHzBS-IN.,保持前步骤电路的连接状态不变。,同步载波提取信号测量,:,记录,SIN1/CAR-OUT,对比信号波形。,示波器一个探头测,NRZ,作同步信号,请参考,通信原理,课程所学,2DPSK,调制系统电路组成，根据提供的,“,数字调制解调与载波同步模块,”,，自己构建并画出用键控方式实现,2DPSK,调制系统的实验电路框图。,基本条件：载波频率,128K,Hz；传输速率,8KH,z。,四、实验内容与步骤,项目,3,：,2DPSK,信号产生与测量,差分,编码器,128K,正弦波,反相器,调制器,2DPSK,调制,128K,方波,8K,CP,波形变换,M,序列,0,相载波,相载波,(2DPSK),MOD-OUT,(,相对码,),四、实验内容与步骤,4.2DPSK,信号产生与测量,示波器,CH1,测试数据观察与记录,:,0,相、,相载波信号测量：记录信号参数与波形。,数字基带信号测量：记录,Ak-IN(,绝对码,),Bk-,OUT(,相对码）,信号参数与波形。（,M=7,）,2PSK,信号测量：记录信号波形。,调节电位器,W1,、,W2,，使输出载波幅度相等，均为,22.5Vp-p,。,说明：,什么是,2DPSK,？,实验准备,S2=,左,/S3=,中,连接实验电路电源,连接,SQ128KHzSQ1-IN,连接,SQ8KHzCLK-IN,连接,NRZ-OUTAk-IN,B,k,-OUT NRZ-IN,示波器,CH2,示波器,CH2,示波器,CH2,示波器,CH1,请参考,通信原理,课程所学,2DPSK,相干解调,-,码变换法解调系统电路组成，根据提供的,“,数字调制解调与载波同步模块,”,，自己构建并画出实现对,2DPSK,信号解调的实验电路框图。,四、实验内容与步骤,项目,4,：,2DPSK,调制信号的解调测量,码(反,),变换,鉴相器,比较,LPF,解调输出,DEM-OUT,Ts,同步载,波提取,判决,3.2DPSK,调制信号的解调测量,四、实验内容与步骤,测试数据观察与记录,:,相乘器输出信号测量,:,记录,MUL,信号波形。,低通滤波信号测量,:,记录,A/P-LPF,信号波形。,电压比较器输出信号测量,:,记录,CMP,信号波形。,抽样判决输出信号测量,:,记录,DEM-OUT,信号波形。,实验准备,:,S4=,下,/S6=,上,连接,MOD-OUT2PSK/,DPSK-IN,CAR-OUT CAR-IN,SQ8KHzBS-IN,DEM-OUT B,N,-IN.,保持前步骤电路的连接状态不变。,同步载波提取信号测量,:,记录,SIN1/CAR-OUT,对比信号波形。,示波器一个探头测绝对码,NRZ,作同步信号,码反变换输出信号测量,:,记录,A,N,-OUT,信号波形与时延。,五、实验报告与思考题,1,、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。,2,、根据实验测试记录，画出各测量点的波形图。,3,、记录实验中出现的问题，提出改进意见。,实验报告要求,由于,2PSK,在解调的时候可能会出现,“,相位模糊,”,现象，可采用,2DPSK,调制方法弥补此缺点，试自己设计一个绝对码,/,相对码的变换电路和,2DPSK,调制电路。,实验思考题,2.,2PSK,解调器系统由哪几大部分组成？简述各部分的作用。,3.,简述平方环法提取同步载波的工作过程。,